Characterization of biofilm distribution in hollow fiber membranes using Compressed Sensing Magnetic Resonance Imaging
Characterization of biofilm distribution in hollow fiber membranes using Compressed Sensing Magnetic Resonance Imaging
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使用压缩传感磁共振成像表征中空纤维膜中的生物膜分布
DOI：
10.1016/j.memsci.2019.117437
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发表时间：
2020
影响因子：
9.5
通讯作者：
J.D. Seymour
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
J.W. Simkins;S. Schuhmann;G. Guthausen;M. Heijnen;S.L. Codd;J.D. Seymour
采用压缩感知磁共振成像（MRI）技术研究了超滤膜操作过程中生物膜的形成，并在饲料流中加入色氨酸豆汤以刺激微生物生长。生物膜发育被可视化为生长层，其特征是t1松弛时间减少，并通过MRI监测其进展与经典积分过滤参数（如渗透通量j，跨膜压力Δpand渗透率p）进行比较，以记录污染行为。经过三天的生长，在两次测量中都可以观察到过滤过程的变化，随着时间的推移，随着表面相关生物膜厚度的增加，过滤过程急剧减少。随着过滤的停止和Δp相关的下降，生物膜从管腔壁分离并分散在整个进料通道中。压缩感知MRI速度和强度测量有助于过滤过程中的快速成像，为过滤膜中生物污染的研究提供了新的可能性。
Biofilm formation during ultrafiltration membrane operation was investigated by Compressed Sensing Magnetic Resonance Imaging (MRI), with tryptic soy broth included in the feed stream to stimulate microbial growth. Biofilm development was visualized as growing layer characterized by reducedT1relaxation time, and its progression as monitored by MRI was compared with classical integral filtration parameters such as permeate fluxJ, transmembrane pressure Δpand permeabilityLpto document fouling behavior. Over three days of growth a change in the filtration process could be observed in both measurements, withLpdecreasing dramatically over time as the surface-associated biofilm increased in thickness. Following cessation of filtration and the associated drop in Δp, the biofilm detached from the lumen wall and dispersed throughout the feed channel. Compressed Sensing MRI velocity and intensity measurements facilitate fast imaging during filtration processes, providing new possibilities for the investigation of biofouling in filtration membranes.
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